导读
《Nature Cell Biology》期刊在线发表一篇文章，揭示了一个有趣现象：营养匮乏条件下培养的细菌会影响其宿主长胖!更重要的№是，研究团队首次围绕“环境-细菌-宿主”3个因素，解析了这一现象背后的分子机制。生物探索有幸采访到文章通讯作者、美国贝★勒医学院(Baylor College of Medicine)终身教授王萌及其学生、文章一作林致均博士，请她们为我们分享了这一最新研究。
微生物广泛存在于我们自身⌒以及赖以生存的环境中，无论种类还是数量，它们■都远超我们的想象。更重要的是，它们与我们的健康息息相关。但是，微生物如何影响宿主健康?如何感知▽外界环境?这是科学家们一直“痴情”于这些微小生命体√的原因。
4月24日，《Nature Cell Biology》期刊在线发表一篇题为“Microbial metabolites regulate host lipid metabolism through NR5A–Hedgehog signalling”的文章，从全新的角度首次解析了环境和细菌之『间的相互作用对宿主脂肪代谢的影响。
她们发现，当营养匮乏时，细菌自身的生理代谢会受到影响，从而进一步导致其宿主线虫长胖!这意味着，细菌〗因为环境而发生的变化，会直接作用于宿主，对其脂肪代◢谢产生明显的影响。
为什么宿主会变胖?它对人类饮食有什么指示意义?对此，生物探索有幸采访到文章通讯作者、美国贝勒☆医学院(Baylor College of Medicine)终身教授王萌及其学生、文章一作林致均博士。
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最新研究：细︼菌缺乏营养，导致宿主♂长胖?!
为了弄清楚环境(营养)如何通过改变细菌代谢影响宿主健康，王萌教授带领团队选取野生型的大肠杆菌 (E. coli)及△其宿主秀丽隐杆线虫 (C. elegans)为研∞究材料。她们在两种不同的营养环境下(营养充足的LB培养基、营养匮乏的M9培养基)培养细菌。随后，将两种环境下培养的细菌提供给它∮们的宿主秀丽隐杆线虫。
“结果非常有趣。”王∩萌教授表示，“我们发现，尽管线虫的摄取能▂量不变，但是和营养匮乏培养的细菌生活在一起的线虫变胖了!它们体内的脂肪含量提高了两倍多!”
为什么会长胖?
第一步：环境(营养匮乏)对细菌的影响
根☉据全代谢组分析，研究团队发现，营养匮乏会导致细菌生化代谢产生显著的变▅化，特别是糖代谢和氨基〓酸代谢。但是，并不是所有的变化都会对宿主脂肪代谢产生影响，而是当营养匮∩乏导致细菌缺乏甲硫氨酸(methionine)才会引发肥胖现象。
具体而言，甲硫氨酸的缺乏会影响Ψ细菌的单碳代谢循环，造成甜菜碱(betaine)、高半胱氨酸(homocycteine)、甲硫氨酸(methionine)、二甲╱甘油酸 (dimethylglycine)缺乏。
第二步：细菌进一步影响宿主脂肪代谢
细菌代谢产物的缺失会导致宿主线虫无法有效的合成胆碱磷酯(phosphatidylcholine)。正常∞情况下，胆碱磷酯是◥非常重要的信号分子，负责激活核激↘素受体NHR-25。被活化的NHR-25会进一步调节下游的hedgehog信号通路，通过影响线粒体的活性来控制脂肪的储存。
所以，当特异的胆碱磷酯不足，NHR-25就无法激▓活，进一步连累下游Hedgehog信号通路，导致宿主线粒体的形态和机能受到影响，最终引发脂肪大幅度累积。
营养匮乏时，细菌代谢发生改变，导致甲硫氨酸缺乏◣，转而影响宿主无法有效合成特定的胆碱磷酯。对于「宿主而言，胆碱磷酯的缺乏会影响机体NHR-25/Hedgehog信号通路，从而影响线粒体的形态和机∏能，最终引发脂肪累积〒。
2
线粒体：细菌和宿主信息交流的桥梁
王萌教授团队发现，细菌的代谢产物进入线虫体内之后，经过一系列生化反应︻和NHR-25/Hedgehog信号通路，会影响线粒体的形态。作为脂肪代谢的重要场◣所，线粒体形态和脂肪含量之间存在很高的相关性：
当线粒体变成细长的条状＠ 时，脂肪☆含量降低;当线粒体变成断裂的点状时，脂肪含量上升。
线粒体至今仍然保持∮有许多细菌的特性，例如拥有自己的基因∏组、双层膜以及一些类似的生化代谢反应。林博士表示：“依据这一最新研究，我们大胆√假设：细菌和真核细胞内线粒体的化学信号可能具备高度保守的调节机制。细胞可以通过线粒体感应细菌的‘暗号’，从而对外界环∏境做出及时、快速的生◆理反应。”
这一最新研究揭示，线粒体可以扮演细菌和宿主真核细胞之间的一个¤重要桥梁，协助它们●完成代谢信息的交流。这将为线粒体功能的∞研究带来观念上的颠覆性改变。
3
细菌如何“就餐”?取决于环境
对于人类而言，我们每天需要↘补充多种食物。在我们享用这些外界营养的ω 同时，寄居于肠道内的细菌们同样也在感知环◣境的变化，从而调╳整它们的基因表达、代谢反应，以便快速的适应新环境，更好的生存下去。细菌代谢反应的变化会产生不同的代谢产物，这些产物会反过来影响人类。
林博士表示，在营养丰富』的条件下，细菌就像是去“餐厅用餐”，它们↓可以直接通过“点餐”吸收环▲境中的氨基酸、糖类、脂类等高分子量的有机物质。相反，营养匮乏时，细菌只能“在厨房里自己烹饪”，从无机的小分子一步步合成有♀机的大分子，以此满足自身生存繁衍的需求。
4
相比↙于宿主，细菌“提前感知”环境
采访中，王萌教授告诉生物探索：“细菌应对营养匮乏而产生的代谢改变，会让宿主累积脂肪。如果让宿主︾什么都不吃，细菌引发的脂肪累积会提高其生存机会。”而且，在营养匮乏的环境下，虽然宿主还没有▓挨饿，但是细菌已经提前预知环境变化，并在食物充足时就开始累积脂肪，提前做好准备。这种“预知适应性反应”(predictive adaptive response)有利于宿主的生存，包括人类。
“抗战时期，母亲」在饥荒、营养不良时生下的宝宝，若是后来营养条件转为充足，他/她比其他人更容易发生卐肥胖、血糖不耐症或二型糖尿病等代谢疾病。”林博士解释道，“所以，当预知适应性反应所预测的未来环境变化和现实相同时，细菌的提前准备对↘宿主而言就是有益的;不过，如果预测和现实出现㊣ 偏差，则会变成负面效果。”
总而言之，细菌对外界环境的感知会转化成代谢信号，进而协助宿主应对环境的胁迫，使其具备更好ξ 的适应生存能力。
5
因为它们与我们共▆生，所以前景、意义非凡
微生物无处不在，居住在体表或者腔↑道的微生物群可以协㊣助宿主构建免疫系统，共同防御外来致病性微生物。除了影响免疫力之外，肠道微生物还被证实会影响代谢、药效、心情等等。微生物参与食物、药物的分解，影响宿主的吸收△效率，它们的代谢产物还会间接影响神经细胞，一旦失衡易导致抑郁、焦虑、食欲⌒下降等后果。
正是因为如此密不可分的依赖关系，越来越多的科学家们对微生物“上心”。作为其中的一员，王萌←教授更侧重于关注 “共生关系”，她认为共生性微生物群对于机体而言非常〓重要，并从以下3个方面阐述了微生物研究未来的趋势和方向：
第一，解析个体微生物的差异，助力精准医疗。已有研№究表明，因为共生微生物的不同，同样的基因治疗可能会产生截然不同的效果。很∑ 多情况下，个体之间微生物的差异远大于基因组差异。
第二，趋利避害，筛选有益的共生微生物。微生物群体种类、数量繁多，如何从其中筛选出对我们有益的种类?如何规避有害群体?这些问题的解◆答能够为健康保健提供线索。
第三，寻找新的微生物和它们的代谢产物，促进健康。未来，我们可以通过发现新的微生物群结构、特定物种、代谢产物用于调节微生物★群的动态平衡，促∩进宿主健康，甚至于防治疾病。
“无论是医疗、农业、保健食品，甚至于环境保护，微生物都会有很大的应用前景。”林博士强调。
6
研∴究微生物，因为未知而有趣
借助于显微镜，科学家们才能看到一个和肉眼所见完全不一样的◣世界，里面¤充满了未知和乐趣。“从提出新问题，设计新的实验体系，到最后弄清楚☆多组织间的信号转导分子通路，这是我们做得很过瘾的一个研究，发现细菌和线粒体的交流机制很出乎我们的意料。”王萌教授如此评价道。
林博士认为，只要心细胆卐大，就会觉得微生物很好玩。她坦言，微生物很敏感、脆弱，做实验需♀要特别细心、谨慎地照顾它们。
采访最后，谈及关注微生物的机缘，王萌教授回答说：“微生物存〓在于我们体内。通过研究这些细微生命体，找到能够提高正常人群※基础健康水平的方法，这对于每一个人而言都是有意义的。更深一层次看待，提高健康水平对于预防、对抗疾病的发生和发展也是一个行之有效的办法。”
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